MACH2控制保護系統斷路器控制回路典型故障詳解

(湖北省電力檢修公司直流運檢中心，湖北 宜昌 443000)

1 MACH2系統原理介紹

MACH2(Modular Advanced Control for HVDC and SVC 2nd edition)控制保護系統是以現代化的計算機構建的以高質量的工業標準總線和光纖通信鏈路連接起來的控制保護系統，具有很強的適應性。由于廣泛采用了計算機和微控制器，系統包含非常強大的內部監控能力，這將大大減少控制設備檢修的所需時間。MACH2系統的重要環節都被設計成固有的并行冗余方式，其特點是標準、緊湊、高可靠性、高集成度。

MACH2控制系統一般采用分層結構，基本結構如圖1所示。一次設備的狀態信號(如斷路器的位置指示、一次回路電流等)從一次設備就地控制柜內引出，被MACH2系統的I/O板卡進行采集后，通過MACH2系統的CAN總線和TDM數據總線送往相應的控制保護主機?？刂票Ｗo主機通過LAN網接入到站內的SCADA系統中，從而將狀態信號送至SCADA系統中的運行人員工作站中。反之，運行人員也可以通過運行人員工作站發布控制命令到一次設備。

MACH2系統包括多臺MACH2主機，各主機連接分布式輸入、輸出板卡，并通過CAN網、LAN網相互通訊?？刂乒穹植荚诳刂茦桥c繼電器室。在控制盤柜內的數據通訊通過CAN網絡實現，盤柜間區域終端系統與主計算機系統之間的通信利用光纖實現。站內控制系統設備具體包括：ACP(交流控制保護)、AFT(交流場設備終端)、AFP(交流濾波器、并聯電容器控制保護)、ASI(輔助系統接口)、VCU(換流閥控制單元)、BFT(雙極公共區域設備終端)、LFL(線路故障定位)、PCP (極控制和保護)、DFT(直流場設備終端)、CCP(閥水冷系統控制保護)、ETCS(換流變電子控制系統)、ERCS(平波電抗器電子控制系統)等。全站控制保護系統由主機、分布式輸入/輸出、標準現場總線CAN網及標準LAN網接口組成，軟件采用Hidraw圖形化編程工具實現，用Hibug進行系統調試。系統分散、分層結構為分散于2個繼電器室和控制室的控制單元。每個控制單元完成本單元控制區域的控制保護任務?？刂坪捅Ｗo系統按雙重化設置，分別為A系統和B系統，正常運行時，其中一個系統為工作狀態，另一個系統為在線熱備用狀態，兩個系統同時在工作，只是備用系統的輸出被閉鎖(除交流濾波器保護、換流變保護等單系統直接出口動作外)，如果工作系統發生故障，將會自動切換至備用系統。

2 斷路器回路故障情況說明

2018年4月22號超高壓±500kV江陵換流站在操作5631交流濾波器進行無功設備投退時，交流濾波器進線斷路器5631在AFP主機中存在開關“就地”位置信號，而現場實際切換把手在“遠方”位置。主機中開關在就地位置的指示參看圖2。通過查看軟件圖，可以得知開關在就地狀態是不允許進行分閘操作的。

圖1 MACH2系統分層結構圖

圖2 5631斷路器“就地”位置相關軟件截圖

斷路器就地位置節點信號電回路路徑為：本體機構箱至5631操作匯控柜再至繼電器室輔助系統接口屏ASI1+3屏。

圖3 5631斷路器位置信號電回路邏輯圖

首先對回路電壓進行監測，斷路器“就地”位置時在匯控柜、ASI屏內對應端子上測得5631開關就地位置信號電壓為0；打至“遠方”位置時，同樣測量位置測得信號電壓為110V，從該測量結果來看，判斷該信號電回路是正常的。另外檢查還發現AFP主機內該大組濾波器的小組斷路器5633、5634開關就地位置信號也存在同樣錯誤，由此判斷為ASI1+3屏與AFP1A/1B主機通訊有問題所致。

3 故障情況解析

ASI1+3屏內三個I/O機箱通過三塊PS831光通訊板與AFP1A/AFP1B、AFP3A/AFP3B、ACP1A/ACP1B主機的PS831板卡相連接，再通過PS873B板卡和CAN1總線相連。

圖4 5631斷路器輔助系統接口屏(ASI屏)硬件布置圖

在ACP1A主機上用MCfeeder軟件登錄ASI1+3屏H9.3位置的PS851板，如圖5(a)所示第6位數據DIG_IN1_24對應5631開關就地位置信號，DIG_IN1_27對應5631開關的總告警信號，由圖5(b)、(c)MCfeeder軟件界面可以看出這兩個信號的數據均為“0”，說明5631開關軟件中顯示確為遠方，PS851板運行程序正確，它向CAN總線發送的數據包也是正確的。

圖5 MCfeeder軟件監視CAN線上851板卡信號

另外在ASI+3屏做H9.3位置的PS851板輸入信號試驗。通過在PS851板輸入端短接SF6故障信號、開關就地位置信號接線與公共端，在OWS上監視事件列表和AFP1A/AFP1B主機軟件內輸入量，結果是通過ACP1A/ACP1B主機上送的故障事件可以正常觸發，而AFP1A/AFP1B主機軟件內輸入量繼續保持先前狀態，無任何變化。通過試驗可以判斷ASI1+3屏與AFP1A/AFP1B主機間CAN總線通訊不正常。AFP1A/AFP1B主機在ASI1+3屏內公用一塊PS831板，將ACP1A光纖通道接至該板卡，重復信號試驗，ACP1A可以正常上送事件，說明該PS831工作正常。嘗試用備用光纖代替ASI1+3屏與AFP1A主機間的光纖通道，故障現象仍沒有消除。檢修人員在ASI1盤柜上模擬了5631開關SF6壓力高故障信號，發現AFP1A主機信號并沒有變位，最后通過AFP1A主機上用MCfeeder登錄主機820板卡，監測不到CAN線上的相關板卡，由此判斷應該為AFP1A主機屏內CAN線通訊板卡故障。對AFP1A+1屏的PS831板卡進行了更換，后主機可以正確監測到故障報警信號，開關位置就地信號也消失。由于PS831板卡故障并無相關告警。通過同樣的步驟檢查，發現AFP1B主機PS831板卡也同時出線了故障。兩個冗余系統的主機CAN信號通訊同時存在異常，開關就地位置信號無法變位，最終導致無法遠方分開該5631開關。對故障板卡進行了更換后，5631開關可正常進行遠方分合操作，至此故障消除。

4 結束語

直流控制保護系統是直流輸電系統中最重要的設備之一，直接關系到直流輸電系統的穩定運行和一次主設備的安全。直流輸電二次設備之間傳輸的數據包括電壓、電流等模擬信號以及開關量信號和控制保護信號，其中開關量信號以及控制保護信號通常流量不是很大(相對于模擬量信號)，但需要保證很高的實時性和準確性。在MACH2控保系統中，CAN總線、TDM總線用于連接MACH2主機PCI板卡、I/O板卡并在這些板卡中實現數字信號量及控制命令、及模擬信號的傳輸。了解MACH2系統CAN總線及TDM總線，對于換流站現場工作中控制系統方面故障的查找和分析有很大的幫助。